LTP-7188KE LED 點矩陣顯示器規格書 - 0.764英吋 (19.4公釐) 高度 - AlInGaP 紅光 - 2.6V 順向電壓 - 40mW 功率消耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-7188KE 是一款固態、單平面 8x8 點矩陣顯示模組。其主要功能是提供一種緊湊、可靠的方式來顯示字母數字、符號或簡單圖形。其核心技術採用磊晶生長於砷化鎵 (GaAs) 基板上的鋁銦鎵磷 (AlInGaP) 紅光 LED 晶片。此材料系統以其在紅橙光譜中的高效率與卓越發光強度而聞名。該裝置採用灰色面板搭配白色發光區段，可在各種照明條件下增強對比度與可讀性。其設計針對需要在緊湊尺寸中進行清晰視覺通訊的應用進行了優化，並可透過堆疊方式組成更大的多字元顯示器。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器提供多項定義其應用領域的關鍵優勢。其低功耗需求使其適用於電池供電或對功耗敏感的裝置。固態結構確保了高可靠性和長使用壽命，因為沒有會故障的活動部件或燈絲。單平面設計提供的寬廣視角，允許從不同位置清晰可見，這對於公共資訊顯示或儀器儀表至關重要。與 USASCII 和 EBCDIC 等標準字元碼的相容性，簡化了與微控制器和數位系統的整合。該裝置根據發光強度進行分類，讓設計師可以選擇亮度一致的單元。主要目標市場包括工業控制面板、測試與量測設備、帶有狀態顯示的消費性電子產品，以及可靠性和清晰度至關重要的資訊標誌。

2. 深入技術參數分析

LTP-7188KE 的性能由一套全面的電氣和光學參數定義，在電路設計時必須仔細考慮這些參數，以確保最佳性能和壽命。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致裝置永久損壞的應力極限，不適用於正常操作。

• 每點平均功率消耗：40 mW。這是單個 LED 元件可以安全消耗的最大連續功率，主要以熱的形式散發。
• 每點峰值順向電流：90 mA。這是允許的最大瞬時電流，在 1 kHz 頻率、18% 工作週期的脈衝條件下指定。超過此值，即使時間很短，也可能導致災難性故障。
• 每點平均順向電流：15 mA。這是為單個 LED 推薦的最大連續直流電流，以在其使用壽命期間保持可靠性。
• 順向電流降額：從 25°C 起，環境溫度每升高 1°C，最大允許電流減少 0.2 mA。這對於熱管理至關重要。
• 每點逆向電壓：5 V。施加超過此值的逆向偏壓可能會擊穿 LED 的 PN 接面。
• 工作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。該裝置額定可在整個溫度範圍內運作和儲存。
• 焊接條件：260°C 持續 3 秒，烙鐵頭位置至少低於封裝安裝平面 1/16 英吋（約 1.6 公釐）。這可防止組裝過程中對 LED 晶片造成熱損壞。

2.2 電氣與光學特性 (Ta = 25°C)

這些是在指定測試條件下的典型性能參數，代表裝置的正常工作行為。

• 每點平均發光強度 (I_V)：630 μcd (最小)，1650 μcd (典型)。在 1/16 工作週期下，以 32 mA 峰值電流 (I_p) 量測。此參數定義了感知亮度。
• 峰值發射波長 (λ_p)：632 nm (典型)。光學輸出功率最大的波長。這將發射光置於可見光譜的紅色區域。
• 譜線半高寬 (Δλ)：20 nm (典型)。光譜純度的量度；值越小表示光源單色性越好。
• 主波長 (λ_d)：624 nm (典型)。人眼感知的單一波長，可能與峰值波長略有不同。
• 順向電壓 (V_F) 任意點：
  • 2.05V (最小)，2.6V (典型)，2.8V (最大)，在 I_F= 20mA 時。
  • 2.3V (最小)，2.8V (典型)，在 I_F= 80mA (脈衝) 時。
  這是 LED 導通電流時的電壓降。對於設計限流電路至關重要。
• 逆向電流 (I_R) 任意點：100 μA (最大)，在 V_R= 5V 時。LED 處於逆向偏壓時的小漏電流。
• 發光強度匹配比 (I_V-m)：2:1 (最大)。此規格指定了陣列中最亮和最暗 LED 點之間的最大允許比率，確保外觀均勻。

註：發光強度量測使用近似 CIE 明視覺響應曲線的感測器和濾光片，確保與人眼視覺相關。

3. 分級系統說明

規格書指出該裝置根據發光強度分類。這意味著採用了分級系統，儘管本文檔未列出具體的分級代碼。通常，此類分類涉及：

• 發光強度分級：生產批次中的 LED 根據其在標準測試電流下量測的發光強度被分組（分級）。這使客戶能夠購買具有一致且可預測亮度等級的顯示器，這對於多單元組裝以避免明顯的亮度差異至關重要。
• 波長分級（隱含）：雖然未明確說明為分級，但對峰值波長 (632 nm) 和主波長 (624 nm) 的嚴格規格表明嚴格的製程控制。在許多 LED 產品中，晶片也會根據波長（或白光 LED 的色度座標）進行分級，以確保整個顯示器的顏色一致性。
• 順向電壓分級：指定的 V_F範圍（例如，在 20mA 時為 2.05V 至 2.8V）顯示了自然變異。對於需要精確電壓匹配的設計，可以根據量測的 V_F.

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• 電流 vs. 電壓 (I-V) 曲線：顯示順向電流與順向電壓之間的指數關係。對於 AlInGaP 紅光 LED，其膝點電壓約為 1.8-2.0V。該曲線對於選擇適當的限流電阻或設計恆流驅動器至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流 (L-I 曲線)：顯示光輸出如何隨電流增加。在很寬的範圍內通常是線性的，但在非常高的電流下會因熱效應和效率下降而飽和。選擇 1/16 工作週期的量測點（32mA 峰值）來代表等效的平均電流，同時避免量測過程中的自熱效應。
• 發光強度 vs. 環境溫度：說明隨著接面溫度升高，光輸出會下降。AlInGaP LED 比 GaAsP 等舊技術表現出更少的熱淬滅，但輸出仍會隨溫度下降。此曲線為高溫環境下的設計提供參考。
• 光譜分佈：相對強度與波長的關係圖，顯示一個以 632 nm 為中心、典型半高寬為 20 nm 的鐘形曲線。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

該裝置的矩陣高度為 0.764 英吋 (19.4 公釐)。封裝尺寸圖（文中提及但未詳細說明）通常會顯示模組的總長度、寬度和厚度、16 個引腳之間的間距以及安裝平面。除非另有說明，所有尺寸均以公釐為單位，標準公差為 ±0.25 公釐。其物理結構允許水平堆疊以形成更長的多字元顯示器。

5.2 引腳連接與內部電路

顯示器採用 16 腳雙列直插封裝 (DIP)。內部電路圖顯示一個 8x8 矩陣，其中 LED 的陽極以行連接，陰極以列連接。此共陽極配置由引腳排列確認：

• 引腳 1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14 是陽極行（分別對應行 5, 7, 8, 6, 3, 1, 4, 2）。
• 引腳 3, 4, 6, 10, 11, 13, 15, 16 是陰極列（分別對應列 2, 3, 5, 4, 6, 1, 7, 8）。

這種 X-Y 選擇架構透過多工掃描，僅用 16 個引腳即可控制 64 個 LED。要點亮特定點，必須將其對應的行陽極驅動為高電位（或提供電流），並將其列陰極拉至低電位。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理對於防止損壞至關重要。關鍵規格是焊接條件：260°C 最多持續 3 秒，烙鐵頭至少低於封裝本體 1.6 公釐。這可防止過多的熱量沿引腳向上傳遞，損壞敏感的 LED 晶片或內部接合線。波峰焊或迴流焊的溫度曲線應設計為不超過此局部熱負荷。在儲存期間，裝置應保存在其原始的防潮袋中，並放入乾燥劑，置於受控環境（在 -35°C 至 +85°C 範圍內），以防止吸濕，這可能在焊接過程中導致爆米花現象。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 工業控制面板：用於顯示機器狀態、錯誤代碼或簡單的數值資料。
• 測試與量測設備：作為三用電錶、頻率計數器或電源供應器的讀數顯示。
• 消費性電子產品：用於音響設備（VU 錶）、家電或玩具的狀態指示。
• 資訊顯示：用於時間、溫度或排隊號碼的簡單公共標誌，特別是在多個單元堆疊時。
• 原型製作與教育：非常適合學習微控制器介面、多工掃描和顯示驅動器。

7.2 設計考量

• 驅動電路：必須使用多工掃描。需要具有足夠 I/O 引腳的微控制器或專用 LED 驅動器 IC（如 MAX7219）來掃描行和列。
• 電流限制：每條列（陰極）線通常需要一個串聯限流電阻。其阻值是根據電源電壓、LED 順向電壓 (V_F) 和所需的平均電流（每點不超過 15mA）計算的。對於多工操作，峰值電流會更高，但平均值必須保持在限制範圍內。
• 功率消耗：計算所有點亮點的總功率，以確保不超過模組的熱容量。考慮隨溫度降額的情況。
• 視角：寬廣的視角是有益的，但需考慮相對於預期觀看者的安裝方向。
• 刷新率：多工掃描速率必須足夠高（通常 >60 Hz）以避免可見閃爍。

8. 技術比較與差異化

與使用分立 LED 或不同半導體材料（如 GaAsP）的舊款 8x8 點矩陣顯示器相比，LTP-7188KE 提供了明顯的優勢：

• 材料 (AlInGaP vs. GaAsP)：AlInGaP 提供顯著更高的發光效率和在較高溫度下更好的性能，從而在相同輸入功率下實現更亮的顯示。
• 整合度：作為一個具有灰色面板/白色區段的單一模組，它比用 64 個獨立 LED 構建顯示器提供了更好的對比度、更一致的點陣排列和更容易的組裝。
• 可靠性：與基於燈絲或真空螢光顯示器 (VFD) 相比，固態結構提供了卓越的抗衝擊和抗振動能力。
• 低功耗：雖然未給出具體的效率數字，但低 V_F和良好的發光強度表明，與白熾燈或 VFD 替代方案相比，其具有更好的電能到光能的轉換效率。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

• 問：我可以用 5V 微控制器驅動此顯示器嗎？答：可以，但您不能將 LED 直接連接到 GPIO 引腳。您必須使用限流電阻，並且可能還需要電晶體驅動器來驅動行/列，因為 GPIO 引腳無法提供/吸收所需的高峰值電流（在多工掃描下每點高達 80mA）。
• 問：峰值發射波長和主波長有什麼區別？答：峰值波長是發射光譜的物理峰值。主波長是 CIE 色度圖上的感知色點。它們通常略有不同；主波長與顏色感知更相關。
• 問：為什麼平均發光強度要在 1/16 工作週期下量測？答：此測試條件模擬一個 LED 在完全多工掃描的 8x8 陣列中處於活動狀態（一次點亮一行）。它允許在較高、易於量測的峰值電流 (32mA) 下進行量測，同時代表實際使用中存在的低得多的平均電流 (2mA)，避免了自熱引起的量測誤差。
• 問：如何計算恆壓電源的電阻值？答：使用公式 R = (V_電源- V_F) / I_F。對於 5V 電源，典型的 V_F為 2.6V，以及期望的 I_F為 10mA：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。在保守設計中使用最大 V_F值，以確保電流不超過限制。

10. 實際應用案例研究

情境：設計一個簡單的 4 位數電壓錶讀數顯示。

1. 硬體設置：四個 LTP-7188KE 顯示器水平堆疊。一個微控制器（例如 Arduino 或 PIC）透過其 ADC 讀取類比電壓。
2. 介面連接：每個顯示器的 8 個行引腳並聯連接。每個顯示器的 8 個列引腳連接到獨立的 I/O 線或移位暫存器，從而可以單獨控制每個顯示器的列。這形成了一個 32 列（4 個顯示器 * 8 列）乘以 8 行的矩陣。
3. 軟體：微控制器將 ADC 讀數轉換為四個十進位數字。它使用多工掃描例程：啟動第 1 行，然後設定所有四個數字第一區段的列圖案，等待短時間，停用第 1 行，啟動第 2 行，設定新的列圖案，依此類推，遍歷所有 8 行。此循環快速重複。
4. 電流設計：如果目標是每個點亮點的平均電流為 5mA，並假設最壞情況下每行點亮 8 個點（每個數字一個），則每個列驅動器的峰值電流為 8 * 5mA = 40mA，這在裝置的峰值額定值範圍內。選擇適當的驅動器（例如，用於列的 ULN2003，用於行的電晶體）來處理此電流。
5. 結果：一個穩定、明亮的 4 位數顯示器顯示電壓值，由於視覺暫留效應，所有數字看起來同時顯示。

11. 工作原理

LTP-7188KE 基於半導體 PN 接面中的電致發光原理運作。當施加超過二極體導通電壓（對於 AlInGaP 約為 1.8-2.0V）的順向偏壓時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞被注入到主動區域（AlInGaP 層中的量子阱）。在這裡，它們以輻射方式復合，以光子的形式釋放能量。632 nm 的特定波長由 AlInGaP 合金成分的能隙能量決定。8x8 矩陣排列和共陽極佈線透過基板上的金屬走線在內部實現，允許透過多工掃描進行外部控制，以最小化所需的連接引腳數量。

12. 技術趨勢與背景

雖然這個特定元件代表了成熟的顯示技術，但它存在於不斷發展的趨勢中。AlInGaP 的使用代表了對舊式 GaAsP LED 的進步，提供了更好的效率和熱穩定性。指示燈和簡單點矩陣顯示器的當前趨勢包括：

• 更高密度與更小點距：現代模組可能在更小的區域內封裝更多的 LED，以實現更高的解析度。
• 表面黏著技術 (SMT)：較新的設計通常使用 SMT 封裝以實現自動化組裝，而此 DIP 元件適合通孔安裝。
• 整合驅動器：一些當代的矩陣顯示器內建驅動器 IC，將介面簡化為簡單的串列資料連接 (SPI/I2C)。
• 替代技術：對於需要更高亮度、不同顏色或靈活性的應用，像 OLED（有機 LED）或 micro-LED 這樣的技術正在興起。然而，對於許多需要高可靠性和標準紅色顯示的堅固、成本敏感且簡單的應用，像 LTP-7188KE 這樣的傳統 LED 點矩陣模組仍然是一個實用且有效的解決方案。

此裝置體現了一種可靠、易於理解的技術，它繼續服務於眾多應用，在這些應用中，其性能、簡單性和成本的組合是最佳的。